Onderzoekers van onder meer de TU Delft hebben een techniek bedacht om vezelbanen in het brein en in ander biologisch weefsel heel precies af te beelden.

In het menselijke brein vormen miljarden hersencellen, neuronen, een enorm ingewikkeld netwerk van zenuwvezels. Wetenschappers proberen beter te begrijpen hoe dit orgaan werkt. Daarnaast doen ze onderzoek naar hersenziekten, die vaak worden veroorzaakt door afwijkingen in de structuur van de zenuwvezels. Wat al die wetenschappers gemeen hebben, is dat ze precies willen weten hoe de zenuwbanen in het brein lopen.

Paraffine

Dat doen ze onder meer door microscopisch onderzoek. Voordat weefsel onder een microscoop kan worden onderzocht, moet het in flinterdunne plakjes worden gesneden. Om sneden van hoge kwaliteit te maken, wordt het weefsel vóór het snijden vaak in paraffine gehard (dat is nog een heel proces, lees er hier meer over).

Hoe zijn de vezels georiënteerd

Wat bestaande technieken niet goed kunnen, is afbeelden hoe het netwerk van zenuwvezels in zo’n geprepareerd plakje precies in elkaar zit en hoe de vezels zijn georiënteerd. Daar hebben onderzoekers nu wat aan gedaan. Onder leiding van natuurkundige Miriam Menzel van de TU Delft en Marios Georgiadis van Stanford University werd, in samenwerking met collega’s uit Delft, Stanford, Jülich en Rotterdam, een methode ontwikkeld waarmee ze het verloop van vezels in allerlei mogelijke histologische (voor microscopie voorbereide) preparaten zichtbaar kunnen maken, dus ook in met paraffine behandelde hersensneden. Ze schrijven erover in een artikel dat onlangs verscheen in vakblad Nature Communications (gratis te lezen). Naar verwachting kunnen vooral neurowetenschappers en onderzoekers naar hersenziekten zoals Alzheimer of MS veel aan deze doorbraak hebben, maar ook andere biomedische onderzoekers en histologielaboratoria.

Ledlamp

De imaging-methode is gebaseerd op computational scattered light imaging (ComSLI), een techniek die Menzel en haar team de laatste jaren hebben ontwikkeld, en zit relatief eenvoudig in elkaar. Een onderzoeker legt een micrometers-dun weefselmonster op een glasplaatje onder een microscoop, terwijl een ledlamp het monster van onderop onder een hoek beschijnt. Cruciaal detail is dat de lamp vanuit verschillende hoeken schijnt – een goedkope led-ring voldoet hier al goed voor – waarbij een high-resolution-camera een digitaal beeld maakt voor elke verlichtingsrichting. Computersoftware telt al die beelden bij elkaar op, wat leidt tot gekleurde plaatjes die inzicht geven over hoe de zenuwvezels in bepaalde gebieden georiënteerd liggen. ‘De software verzamelt alle hi-res beelden die worden gevormd doordat het licht dat op de vezels valt, wordt verstrooid’, zegt Menzel. ‘Vervolgens rekenen onze algoritmen die informatie terug naar hoe de vezels dus georiënteerd liggen.’ Het resultaat zijn kleurrijke plaatjes die precies laten zien hoe de vezels overal zijn georiënteerd.

Gereedschap 

Met de nieuwe techniek hebben wetenschappers die onderzoek doen naar neurodegeneratieve ziekten er een waardevol stuk gereedschap bij. ‘We vullen hier echt een gat dat er was’, zegt Menzel. ‘Onze techniek maakt het uiteindelijk mogelijk om het ingewikkelde verloop van zenuwvezels in paraffine-behandelde hersensneden nauwkeurig in kaart te brengen – iets wat andere technieken zoals het veel gebruikte polarization imaging niet kunnen’. 

Weefselmonster van het menselijk brein gemeten met verschillende technieken. Onder een zogeheten 'bright-field'-microscoop (links) worden de zilvergekleurde cellichamen zichtbaar. Andere technieken als polarisatie-microscopie (midden) brengen het vezelnetwerk niet nauwkeurig in kaart. De nieuwe techniek ComSLI (rechts) maakt wel de richting van de zenuwvezels zichtbaar, en nog met micrometer-precisie ook, zélfs in gebieden met dicht opeengepakte vezels die elkaar kruisen. Afbeelding: Miriam Menzel, gebaseerd op het artikel van Georgiadis et al., ‘Micron-resolution fiber mapping in histology independent of sample preparation’ https://www.nature.com/articles/s41467-025-64896-9, Nature Communications 16: 9572, 2025. (CC-BY 4.0)

Eeuwenoud

De nieuwe beeldvormingstechniek ComSLI kan ook worden toegepast op oude weefselmonsters die in ziekenhuizen of onderzoekslaboratoria worden bewaard. ‘Onze techniek werkt op alle secties die vaak worden gebruikt voor analyse met de microscoop: nieuw of eeuwenoud, ongekleurd of gekleurd, vers bevroren of geconserveerd, in verschillende fasen van de bereiding van het weefselmonster’, zegt Menzel in een nieuwsbericht van de TU Delft. De ComSLI-techniek is zo eenvoudig dat andere onderzoekslaboratoria wereldwijd snel ermee aan de slag kunnen, ook als uitbreiding van bestaande microscopen.

Spiervezels

Een mooie bonus hadden Menzel en collega’s toen ze ontdekten dat hun techniek niet alleen voor hersenweefsel te gebruiken is, maar ook voor andere weefsels van het menselijk lichaam, als er maar gerichte structuren in zitten. Menzel: ‘Denk aan spiervezels in de tong, maar ook in weefselcoupes van de dikke darm, bloedvaten en bot konden wij het verloop van vezelstructuren zichtbaar maken.’ Dat maakt de beeldvormingstechniek zelfs interessant voor onderzoek naar kanker. ‘We werken nu samen met het Erasmus Medisch Centrum in Rotterdam om de organisatie van collageenvezels aan tumorgrenzen te onderzoeken met als doel de kankerdiagnostiek te verbeteren.’

 

Openingsbeeld: artist impression die de werking van ComSLI weergeeft. Illustratie : ScienceBrush. Geïnspireerd op onderzoek uit: Georgiadis et al., ‘Micron-resolution fiber mapping in histology independent of sample preparation’, Nature Communications 16: 9572, 2025. (CC-BY 4.0)